多品种高级钢冶炼连铸技术的进步.docx

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1、多品种高级钢冶炼连铸技术的进步1980 年初，八幡制铁所的粗钢生产局部向户畑厂转移工作根本完成，薄钢板、电工钢、钢轨、型钢、钢管、不锈钢等用途大不一样的多品种产品由三个炼钢厂进展生产。之后，实施一座高炉生产制，使生产体制发生了根本变化，并且高级钢的需求量也在不断增加，为应对这些变化，八幡制铁所乐观推动技术的开发和应用，大大提高了生产效率和制造技术水平，形成了多品种高级钢设备集约化的高效率生产体制。在大量的炼钢支撑技术中，核心技术是转炉代替平炉和连铸代替铸锭的技术。在上世纪 60 年月，为适应粗钢产量增加的需求，日本在转炉大型化的同时，乐观推动转炉、二次精炼和连铸技术的应用。此后，以 1970

2、年其次次石油危机和日圆升值为契机，日本加快了在收得率、生产率和能耗方面具有优势的连铸机的投产使用。在此背景下，八幡制铁所于 1979 年将八幡地区的小型炼钢厂搬迁到户畑地区，实现了设备和生产的集约化。后来，一座高炉生产制的实施，促使炼钢生产体制必需进展彻底转变。此外，客户对钢材特性要求的提高，使高效率制造高级产品技术开发成为八幡制铁所的当务之 急。特别是钢种繁多的炼钢工序，在进展炼钢厂整合、关闭铸锭车间和建筑连铸机的同时，还必需开发多钢种生产技术和高效率生产技术。本文简要介绍八幡制铁所在上世纪80 年月至今的 30 年间，炼钢厂的变化和多钢种生产技术的研发。1 八幡制铁所炼钢厂的变迁八幡制铁所

3、为了转变生产体制的弱势状态，到达建的堺厂和君津厂的水平，于1969 年制定了八幡制铁所主体工厂改造打算，上世纪 80 年月该打算根本完成。在户畑地区建成了第三炼钢厂，至此完成了粗钢生产在户畑地区的集约化，形成了八幡制铁所的第一炼钢厂、其次炼钢厂和第三炼钢厂的炼钢生产体制，进展多品种生产。各钢厂都拥有转炉、各种炉外精炼、铸锭和连铸设备。第一炼钢厂生产钢轨、型钢、无缝钢管用方坯；其次炼钢厂生产薄板、厚板、电工钢板、不锈钢板用板坯；第三炼钢厂用大型转炉，生产条钢等大批量品种用钢坯。后来，钢铁生产消灭了徘徊的局面，在这种状况下，为应对品种变化和客户的质量要求，以及为进一步提高生产效率，对炼钢设备进展进

4、一步集约化处理，形成了目前的以第三炼钢厂为中心的粗钢生产体制。2 各生产工序的变迁2.1 精炼工序的集约化户畑地区的第一、二炼钢厂和当时最先进的第三炼钢厂的生产体制形成后，首先进展的工作是利用第一炼钢厂精炼工序合并到其次炼钢厂以及实施一座高炉生产制的时机，将其次炼钢厂的一般钢精炼作业转移到第三炼钢厂。使一般钢精炼作业在第三炼钢厂进展，不锈钢精炼作业在其次炼钢厂进展，实现了精炼作业的专业化。1） 一般钢精炼技术一般钢生产的特点是品种多样化，有薄板、电工钢板、钢轨、型钢、钢管等等，从超低碳钢到高碳钢都在同一个精炼工序冶炼，精炼后将钢水准时送到连铸。图 1 是一般钢精炼技术的变迁。目前已实现了符合品

5、种要求的、各精炼工序功能安排的最正确化。图 1 八幡制铁所一般钢精炼技术的变迁在铁水预处理方面，1983 年罐车上喷吹脱 S 法TDS 法投入实际应用，并开头大量生产低 S 钢。1986 年为提高转炉的热裕度，TDS 法使用了氧气。TDS 法脱 P 喷溅预报和掌握技术的成功开发，使罐车可以稳定进展脱P 处理。为了生产超低S 钢，八幡制铁所于 1995 年配置了 Mg 脱 S 设备。由于环境法规的严格化，铁水预处理承受转炉脱 Si、脱 P 方法，并建了高效脱 S 的机械搅拌设备KR，这种铁水预处理模式始终保持到现在。在一次 精炼方 面， 对第三 炼钢厂大型 转炉的顶底 复合吹炼进展了 很多争论。

6、1977-1979 年八幡制铁所进展了转炉顶底复合吹炼试验，第三炼钢厂建成后的其次年1980 年，日本国内首先承受LD-OBLD-底吹氧工艺的 350t 大型转炉投产作业。两个月后，第三炼钢厂 170t 转炉投入使用，并承受 LD-OB 工艺进展不锈钢精炼。这样就正式形成了大型转炉 LD-OB 精炼技术。LD-OB 精炼技术的应用，降低了 Fe、Mn 等金属元素的氧化损失，降低了喷溅程度，使转炉的冶炼特性得到提高，并因此承受了锰矿石复原技术。在转炉操作方面，建立了以副枪动态掌握为中心的自动吹炼系统和氧气转炉气体回收OG自动操作系统，实现了转炉吹炼的全自动化。1989 年的一座高炉冶炼制确立以后

7、，为利用有限的铁水生产出最多的粗钢，开发出极低铁水比操作技术SULHO。炼铁力量和炼钢力量的不平衡，影响了高炉和转炉之间物流的顺畅性，并使连铸作业受到制约。为解决这个问题，八幡制铁所建筑了世界最大的带有感应加热装置的铁水储罐IRB并于 1998 年投入使用见图 2。IRB 的投产使转炉可以将钢水准时供给拉坯速度不同且进展屡次连浇的 4 台连铸机。由于 IRB 具有铁水供给缓冲功能，使罐车数量削减了一半，并且当高炉出铁不顺或需要增加转炉出钢量时，可将铁锭和废钢装入 IRB 内，利用 IRB 熔化冷铁源的功能制造出准铁水供给转炉。此外，在钢种多样性的需求条件下，还可以依据钢种特点，选择转炉冶炼的最

8、正确铁水原料，实现高质量、高效率的粗钢生产。图 2 带有感应加热装置的铁水储罐在二次精炼方面，为提高合金收得率、成分命中率和钢的干净度，八幡制铁所开发出简易钢包精炼法CAS，密封钢包吹氩成分微调法，CAS 法于 1977 年开头在其次炼钢厂应用，1979 年开头在第三炼钢厂应用，使成分要求严格的钢种制造简易化。随后又将 CAS 法进一步进展成具有加热功能的 CAS-OB 和 CAS-Inj 法，可以进展钢水补救升温、降低转炉吹炼终点温度和钢水脱 S 处理。八幡制铁所是日本最早配置 DH 设备对超高纯度钢进展真空精炼的钢铁企业，并于1979 年在第三炼钢厂投产时配置了可对大量钢水进展快速真空处理

9、的改进型 DH 设备。5 年后，于 1984 年将其次炼钢厂的 DH 设备改造为改进型 DH 设备。这些设备改造措施显著提高钢水二次精炼的脱 C、脱N、脱H 力量，提高了钢的高纯度化水平，并可以对大量钢水进展 DH 轻处理脱 O。随后，为了对应 RH 快速脱气功能的提高，八幡制铁所在 DH 设备的根底上，开发出大型浸渍管底吹脱气炉 REDA，见图 3。图 3 第 3 炼钢厂的二次精炼设备对八幡制铁所真空精炼设备的要求是，可以分别对 C10ppm 的超低碳钢到 C1% 的高碳钢以及钢轨钢进展真空处理。在构造上，REDA 炉的真空槽没有底部，上一炉处理的钢水对下一炉的污染很小，可以对超低碳钢和高碳

10、钢进展连续处理，是适用于对多品种钢水进展脱气处理的设备。由于真空处理钢需求量的增加，目前八幡制铁全部 2 座REDA 炉在运转。2） 不锈钢精炼技术八幡制铁所的不锈钢冶炼经过一系列的变化，先是八幡厂的EAF-VOD电炉-真空氧脱碳法转变为 EAF-LD-VOD电炉-转炉-真空氧脱碳法，1979 年不锈钢冶炼搬迁到户畑地区的其次炼钢厂，在其次炼钢厂又进展为 BF-LD-VOD高炉-转炉-真空氧脱碳法，后来又进展为目前的不锈钢冶炼工艺 BF-EAF-LD-REDA/VOD高炉-电炉-转炉-底吹脱气炉/真空氧脱碳法。八幡制铁所生产的不锈钢是铁素体不锈钢和马氏体不锈钢，其中大局部是被称为高纯度铁素体不

11、锈钢的超低碳、低氮钢。在不锈钢生产方面，以开发可降低本钱的高炉铁水预处理技术和钢水高纯度化技术为中心，进展技术开发，形成了不锈钢高效率生产工艺。在铁水预处理方面，八幡制铁所开发出钢包脱 Si、喷吹苏打灰脱 PSIDP技术， 并先于一般钢应用于不锈钢制造。由于 SIDP 法存在着含 Na 熔渣处理问题和设备腐蚀问题，八幡制铁所又开发出 TDS 铁水脱 P 工艺。在一次精炼方面，其次炼钢厂开发出顶底复吹转炉的不锈钢精炼法，形成了不锈钢高效率生产工艺。Cr 原料等主原料是影响不锈钢生产本钱的主要因素，因此，不锈钢生产的关键之一是合理选择包括 Cr 原料在内的主要原料。为此开发出扩大 Cr 原料应用自

12、由度的 Cr 矿石熔融复原法，但由于投资和环境负荷的问题没有进展实机应用，于是将开发工作转向提高作业效率的铬铁合金转炉炉顶连续投入法。后来由于铬铁合金海外供给体制的形成以及为了循环利用对含 Cr 废屑，八幡制铁所开发出铁合金熔化炉YES， 建立了环境友好型铁合金循环利用体系。在二次精炼方面，减压低 CO 分压吹氧处理是不锈钢二次精炼的特点，不锈钢二次精炼的关键是，减压吹氧处理的高效率化。在其次炼钢厂配置了 VOD 设备后，为提高减压吹氧处理效率实施的措施有：氧枪水冷化、VOD 和快速脱 C 转炉之间的脱 C 量最正确安排、VOD 炉的井式化改造、CAB带盖钢包吹氩精炼功能分级化等。之后又配置了

13、高效率真空脱 C 的 REDA 炉。由于 VOD/REDA 炉同时工作，大大提高了不锈钢的生产力量。此外，在改进生产工艺的同时，在耐火材料质量提高、精炼设备修补技术改进和副产物循环利用等方面也进展了开发，形成了稳定的技术。由于技术和装备的进步，目前八幡制铁所已经确立了汽车钢板IF 钢、镀锡钢板、电工钢板、钢轨、型钢等多品种一般钢的高效率冶炼系统和不锈钢特别钢的高效率冶炼系统。2.2 取消开坯工艺八幡制铁所取消开坯工艺过程大约用了 10 年时间，开头时间是上世纪 70 年月。当时八幡制铁所炼铁局部由八幡地区集约到户畑地区，同时八幡制铁所最早的连铸机相继投产其次炼钢厂板坯连铸机 1970 投产，第

14、一炼钢厂方坯连铸机 1977 年投产，并对八幡地区的陈旧开坯车间进展改造。1980 年，将 1975 年的 5 个开坯车间八幡地区 3个、户畑地区 2 个变成 3 个， 1984 年，因设备老化和能耗过高等缘由将八幡地区第6 开坯车间、户畑地区其次开坯车间停产，只保存户畑地区的第一开坯车间。1） 钢锭轧制技术由于全连铸生产模式的建立，取消了钢锭开坯轧制。为将订货的一般钢钢锭制造钢材转变为第三炼钢厂 1CC 的连铸坯制造钢材，建立了其次炼钢厂至第三炼钢厂之间的钢水运输线。在取消钢锭开坯的过程中，曾提出了将轧制中的剩余时间转换成钢锭轧制收得率提高的想法，并依据这种想法开发出单道次轧制法等钢锭特别轧

15、制法，大大提高了开坯轧制的收得率，其中加盖钢锭开坯收得率提高了近 3%，尽管如此，也没能阻挡连铸化的进展趋势。2） CC-开坯轧制法连铸坯大压下开坯原来的户畑第一开坯车间是板坯开坯车间，后来由于开坯分工的调整，第一开坯车间变成板坯、方坯开坯车间进展多品种、多外形的开坯轧制。1983 年 4 月，小口径无缝钢管厂成立， 第一开坯车间实施了连铸坯大压下开坯工艺， 将第三炼钢厂的320mm450mm 大断面板坯开坯为 220mm220mm 和 290 mm290mm 小方坯。并且为到达 40000t/月的产量，于 1984 年 1 月建筑了大板坯加热炉，满足了增加连铸坯大压下开坯量的需要，为连铸机提

16、高生产效率做出了奉献。后来由于小断面连铸方坯和热轧铁素体不锈钢铸坯热装轧制技术的应用，八幡制铁所本厂的开坯轧制全部取消，并将堺厂的大型型钢钢坯 B 型和异形型钢钢坯Z 型的开坯、光厂的热挤压圆钢大压下开坯和Ti 材开坯等开坯加工移交给其他制铁所。1995 年 7 月户畑地区第一开坯车间停工，八幡制铁所的开坯工序完全取消。2.3 连铸生产功能安排和生产集约化1979 年八幡制铁所在建设第三炼钢厂的同时，建筑了 1 钢包-2 铸机的 T-1CC 板坯连铸机。1982 年，建筑了 1 钢包-2 铸机的板坯、方坯兼用连铸机 T-2CC 3 号连铸机和 4 号连铸机。之后，对 T-1CC 板坯连铸机进展

17、立弯式改造和分机搬迁，形成了四台单机连铸机，生产一般钢、高级镀锡板、汽车钢板、电工钢板、不锈钢、高碳钢的板坯和钢轨、型钢、钢板桩的方坯。这些措施提高了连铸在生产效率、铸坯质量和生产本钱等方面的竞争力。1） 特别钢连铸技术1 号连铸机1 号连铸机是可以生产不锈钢、高碳钢板坯、以及 13Cr 无缝钢管方坯的特别钢连铸机，是原有的 T-1CC 两机连铸机进展分机迁移 40m 改造建成的。过去为使不锈钢、高碳钢铸坯形成等轴晶组织和防止内裂以及降低夹杂物含量，承受的方法是利用原苏联式的垂直型双流板坯连铸机N-CC进展极低速连铸。由于 1 号连铸机可以生产这些品种，使八幡制铁所的不锈钢、高碳钢板坯产量大幅

18、度提高。在设备方面，配置了可以承载 350t、160t 容量不同钢包的回转台，在生产不锈钢时使用 160t 钢包、生产一般钢时使用 350t 钢包。为能够进展单流板坯连铸和 3 流方坯连铸，对中间罐外形、喷嘴配置、引锭杆插入机构进展了相应的设计。此外，在不锈钢、高碳钢板坯连铸工艺上实行的措施还有结晶器和铸坯的电磁搅拌、防止铸坯内裂的小辊径短间距分节辊、可长时间稳定连铸的中间罐等离子加热等。在上述技术的根底上， 4 号连铸机承受轻压下技术生产 13Cr 无缝钢管用220mm220mm 小方坯，其中心偏析和中心疏松程度大大改善，并可以省略连铸坯的大压下开坯。需要说明的是，八幡制铁所于 2023 年

19、停顿了无缝钢管的生产，因此，13Cr 无缝钢管目前也停顿生产。由于垂直型连铸机N-CC 最终剩的不锈钢、高碳钢板坯连铸转移到1 号连铸机，N-CC于 2023 年 3 月停产。2） 一般钢连铸技术2 号、3 号连铸机2 号连铸机通过铸坯输送辊道与热轧车间1982 年投产连接，连铸机拉坯出来的高温铸坯直接装入加热炉HCR。从 1982 年开头，实现了低碳铝冷静钢和电工钢的HCR。后来，利用高速台车将热轧车间与 1 号连铸机连接起来，形成了远距离直接轧制。由于 3%Si 电工钢的固液共存区比一般钢大，简洁产生内部裂纹，为此，对 2 号连铸机二冷曲线进展最正确化争论，建立了电工钢 1.5-1.7m/

20、min 的高速连铸技术。此外，在高速连铸稳定化方面，开发出利用神经元计算机的漏钢预报技术、具有自动连锁功能的钢液面掌握技术和专家系统等，使一台连铸机仅用 4 个人进展操作，实现了省工化操作。在这些技术措施的根底上，为进一步提高铸坯质量。2023 年对 2 号连铸机进展了重大改造，将铸机改造成垂直部长度为 2.5m 的立弯式连铸机，并增加了结晶器电磁搅拌，使2 号连铸机成为可以生产一般钢到高级镀锡板、高级汽车板连铸坯的连铸机；同时也是生产电工钢、高碳钢铸坯的专用连铸机。3 号连铸机是 1982 年投入使用的双流板坯和三流方坯兼用的连铸机。投入使用后，为应对高干净度的要求，于 1991 年改造为立

21、弯型连铸机，主要生产高级镀锡板、高级汽车板连铸坯。之后又配置了结晶器电磁搅拌和感应加热中间罐，使夹杂物在最正确温度下进展上浮分别。除了上述措施，在钢液干净化通用技术方面还承受了钢包熔渣检测技术、钢包剩余物无害化处理技术、中间罐密封技术、防止保护渣卷入技术等，可以生产高干净度钢。3） 方坯连铸技术4 号连铸机4 号连铸机是 1983 年建筑的板坯和方坯兼用的连铸机，可进展单流、双流、三流连铸多规格铸坯。连铸不同规格铸坯时，用吊车将结晶器和其下面的足辊局部进展整体更换，这种构造保证了高效率连铸生产。图 4 是结晶器构造概念图。图 4 板坯、方坯兼用连铸机结晶器构造概念图最初的三流铸坯尺寸是 320

22、mm450mm 大断面，在开坯车间对该铸坯进展大压下开坯轧制，然后供无缝钢管生产使用。由于在二冷区上部配置了电磁搅拌装置，在水平段进展轻压下，减轻了铸坯的偏析和中心疏松程度，可以稳定生产钢轨、钢板桩等高碳钢大断面铸坯。随后，又开发出可省略大断面铸坯大压下开坯的小断面连铸技术，形成了方坯高效率生产系统。为解决小断面连铸时间过长一炉钢水超过 3h的问题，使用了感应加热中间罐IH-TD并开发出快速连铸技术。在这种状况下，第一炼钢厂的小断面方坯专用连铸机于 1992 年 7 月停顿生产。八幡制铁所于 2023 年停顿了无缝钢管的生产，因此无缝钢管连铸坯也不再生产，但是这些连铸技术在现在的方坯连铸中得到

23、广泛应用。1 号连铸机2 号连铸机3 号连铸机4 号连铸机EMSS-表 1 八幡制铁所连铸机主要参数铸机形式直弧型板坯单流VB直弧型VB板坯单流板坯单流、双流方坯3 流板坯单流方坯3 流机架1111钢包涵量吨160、350350350350250650-1650、250960-1800、铸坯尺寸(mm)2901900、250650-1900250960-1650200400、200640、220220、290290320380弯曲半径m10.57.557.7310.5垂直长度m-2.52.5-铸机长度m30.738.731.730.4中间罐容量t30302323中间罐加热等离子加热-感应加热感应加热M-EMSM-EMSM-EMSS-EMSS-EMSS-EMS